充放电周期中相变材料包覆锂电池的散热模拟

建立了相变材料(PCM)耦合单体锂电池的散热模型并用焓法进行求解。对比了锂电池在同样厚度的PCM包覆下,充电—放电过程与单一放电过程中锂电池的温度场和PCM的熔化,分析了充电—放电过程中PCM厚度、PCM导热系数以及外界风冷对锂电池温升的影响。研究表明,在完整的充电—放电过程中,前一阶段热量的积累对锂电池的温升有较大影响,温升明显高于单一的放电过程,只考虑在单一放电过程中PCM的用量无法有效控制锂电池在充电—放电过程中的温升;随着PCM厚度的增加锂电池温升与PCM液化率降低,当外界环境与PCM换热越剧烈时,锂电池的温升对PCM导热系数变化越敏感,此时PCM导热系数越大,锂电池温升的降低越显著。

S imulation of Heat Dissipation with Phase Change Material for Lithium Battery during a Charge-Discharge Cycle

Ｗｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｒｍａｌｍｏｄｅｌｆｏｒａｓｉｎｇｌｅｃｙｌｉｎｄｅｒｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｙｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＰＣＭ）ａｎｄｕｓｅｄｅｎｔｈａｌｐｙｗａｙｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｂｌｅｍ．ＴｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄＰＣＭ ｍｅｌｔｉｎｇｏｆｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｙｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆＰＣＭ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰＣＭ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ＰＣＭ ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄａｉｒｃｏｏｌｉｎｇｏｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙｉｎｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｃｈａｒｇｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｅａｔｉｎｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔａｇｅｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅ ｏｆｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｙ，ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆａｓｉｎｇｌｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓ．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｏｎｌｙｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆＰＣＭｉｎａｓｉｎｇｌｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｙｉｎｔｈｅｃｈａｒｇｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｎｏｔｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．ＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＰＣＭｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｙ，ｔｈｅｌｉｑｕｉｄｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＰＣＭ ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｍｏｒｅｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙｉｓｍｏｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆ ＰＣＭｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇＰＣＭｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｙ.